JP4978302B2 - バリスタ及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、バリスタ、及び、当該バリスタを備える発光装置に関する。

バリスタとして、電圧非直線特性を発現するバリスタ素体と、当該バリスタ素体の一部を挟んでバリスタ素体の内部に配置される一対の内部電極とを有する素体と、この素体の外表面に配置されると共に対応する内部電極にそれぞれ接続される一対の端子電極と、を備えたものがある（例えば特許文献１参照）。
特開２００２−２４６２０７号公報

ところで、バリスタは、半導体発光素子やＦＥＴ(Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ)等の電子素子に並列接続されることにより、電子素子をＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）サージから保護することができる。この電子素子は、動作中に熱を発するものがある。電子素子が高温になると、素子自身の特性劣化を招き、その動作に影響が出る。このため、発生した熱を効率良く放熱させる必要がある。

本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、熱を効率良く放散することが可能なバリスタ及び発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係るバリスタは、電圧非直線特性を発現すると共に第１及び第２の面を含む領域を有している素体と、素体が有する上記領域の第１の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第２の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、素体が有する上記領域は、半導体セラミックからなり、放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなることを特徴とする。

本発明に係るバリスタでは、素体が有する上記領域における、少なくとも二つの電極がそれぞれ有する電極部分の間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と少なくとも二つの電極とでバリスタ成分が構成される。本発明では、放熱部が、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第２の面と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタに伝えられた熱を放熱部から効率よく放散することができる。

好ましくは、放熱部が、素体が有する上記領域の第２の面に接触するように配置されている。この場合、バリスタに伝えられた熱を効率よく放熱部に伝えることができる。

好ましくは、放熱部は、素体が有する上記領域の第２の面と電気的に接続されている。この場合、素体が有する上記領域における、少なくとも二つの電極の電極部分と放熱部との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と少なくとも二つの電極と放熱部とでバリスタ成分を構成することが可能となる。

好ましくは、放熱部は、素体が有する上記領域の第２の面に向い合う第１の面と、素体が有する上記領域の第２の面に向い合わない複数の第２の面を含んでおり、放熱部の複数の第２の面のうち少なくとも一つの面は、露出している。この場合、バリスタに伝えられた熱を放熱部からより一層効率よく放散することができる。

好ましくは、放熱部は、素体が有する上記領域の第２の面に向い合う第１の面と、素体が有する上記領域の第２の面に向い合わない複数の第２の面を含んでおり、金属は、放熱部の第１の面から複数の第２の面のうち少なくとも一つの面に渡って導通している。この場合、放熱部において、金属による放熱経路が容易に形成され、放熱部内での伝熱及び放熱部からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。

好ましくは、放熱部は、金属の主成分として、Ａｇを含んでいる。Ａｇは、熱伝導率が比較的高く、放熱部内での伝熱及び放熱部からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。

好ましくは、素体は、半導体セラミックからなる。より好ましくは、素体は、ＺｎＯを主成分として含み、放熱部は、金属酸化物として、ＺｎＯを含んでいる。

好ましくは、素体と放熱部とは、同時焼成によって形成されている。この場合、製造工程を簡略化できる。

本発明に係る発光装置は、発光素子とバリスタとを備えた発光装置であって、バリスタは、電圧非直線特性を発現すると共に第１及び第２の面を含む領域を有している素体と、素体が有する上記領域の第１の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第２の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、素体が有する上記領域は、半導体セラミックからなり、放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、発光素子は、バリスタに並列接続されるように少なくとも二つの電極に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明に係る発光装置では、素体が有する上記領域における、少なくとも二つの電極がそれぞれ有する電極部分の間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と少なくとも二つの電極とでバリスタ成分が構成される。これにより、発光素子を、ＥＳＤサージから保護することができる。本発明では、発光素子とバリスタの少なくとも二つの電極とが物理的に接続されているので、発光素子において発生した熱が少なくとも二つの電極（電極部分）を介してバリスタに伝わる。そして、放熱部が、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、素体が有する上記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の第２の面と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタに伝えられた熱を放熱部から効率よく放散することができる。

本発明に係るバリスタ及び発光装置によれば、熱を効率良く放熱することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係るバリスタＶ１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るバリスタを示す概略斜視図である。図２は、本実施形態に係るバリスタを示す概略断面図である。図１及び図２に示すように、バリスタＶ１は、バリスタ素体１０と、一対の第１及び第２の電極２０，３０と、放熱部４０とを備え、略直方体形状を呈している。

バリスタ素体１０は、直方体状であり、第１及び第２の主面１１，１２と、第１及び第２の端面１３，１４と、第１及び第２の側面１５，１６とを含んでいる。第１及び第２の主面１１，１２は、長方形状を呈しており、互いに対向している。第１及び第２の端面１３，１４は、第１及び第２の主面１１，１２間を連結するように第１及び第２の主面１１，１２の短辺方向に伸び且つ互いに対向している。第１及び第２の側面１５，１６は、第１及び第２の主面１１，１２間を連結するように第１及び第２の主面１１，１２の長辺方向に伸び且つ互いに対向している。

バリスタ素体１０は、半導体セラミックからなり、電圧非直線特性（以下、バリスタ特性と称する）を発現する焼結体である。バリスタ素体１０は、複数のバリスタ層が積層された積層体として構成されている。実際のバリスタＶ１では、複数のバリスタ層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。バリスタ層は、ＺｎＯ（酸化亜鉛）を主成分として含むと共に、副成分として希土類金属元素、Ｃｏ、IIIｂ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、アルカリ金属元素（Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ）及びアルカリ土類金属元素（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）等の金属単体やこれらの酸化物を含んでいる。本実施形態において、バリスタ層は、副成分としてＰｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ、Ａｌ等を含んでいる。

本実施形態では、希土類金属として、Ｐｒを用いている。Ｐｒは、バリスタ特性を発現させるための材料となる。Ｐｒを用いる理由は、電圧非直線性に優れ、また、量産時での特性ばらつきが少ないためである。

本実施形態では、アルカリ土類金属元素として、Ｃａを用いている。Ｃａは、ＺｎＯ系バリスタ材料の焼結性を制御する、及び、耐湿性を向上するための材料となる。Ｃａを用いる理由は、電圧非直線性を改善するためである。

バリスタ層におけるＺｎＯの含有量は、特に限定されないが、バリスタ層を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、通常、９９．８〜６９．０質量％である。バリスタ層の厚みは、例えば５〜６０μｍ程度である。

第１及び第２の電極２０，３０は、第１の電極部分２１，３１と第２の電極部分２２，３２をそれぞれ有している。

第１の電極２０の第１の電極部分２１及び第２の電極３０の第１の電極部分３１は、バリスタ素体１０の第１の主面１１に配置されている。各第１の電極部分２１，３１は、第１の主面１１に垂直な方向から見て矩形形状を呈しており、互いに間隔をあけて対称的に配置されている。第１の電極部分２１は、バリスタ素体１０の第１の端面１３及び第１及び第２の側面１５，１６には露出せず、第１の主面１１の縁から所定の距離だけ内側の位置まで伸びている。第１の電極部分３１は、バリスタ素体１０の第２の端面１４及び第１及び第２の側面１５，１６には露出せず、第１の主面１１の縁から所定の距離だけ内側の位置まで伸びている。

第１の電極部分２１，３１は、金属（例えば、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ合金、又はＡｕ等）を主成分として含有している。第１の電極部分２１，３１は、導電性金属粉末（例えば、Ａｇ粉末、Ａｇ−Ｐｄ合金粉末、又はＡｕ粉末等）を含有する導電性ペーストを焼成することによって形成されている。

第１の電極部分２１，３１は、ガラスを主成分とする絶縁層５０によって覆われており、互いに電気的に絶縁されている。絶縁層５０には、第１の電極部分２１，３１それぞれに対応する位置に開口部５１，５２が形成されている。これにより、第１の電極部分２１，３１の表面の一部は、絶縁層５０から露出した状態となっている。絶縁層５０は、バリスタ素体１０の第１の主面１１及び第１の電極部分２１，３１を保護する層としても機能する。

第２の電極部分２２，３２は、第１の電極部分２１，３１に対応するように対応するように、絶縁層５０の外表面において、互いに離間して対称的に配置されている。第２の電極部分２２，３２は、絶縁層５０の開口部５１，５２の内部にも伸びており、絶縁層５０から露出する第１の電極部分２１，３１に接触している。これにより、第１の電極部分２１と第２の電極部分２２とが電気的且つ物理的に接続され、第１の電極部分３１と第２の電極部分３２とが電気的且つ物理的に接続される。第２の電極部分２２，３２は、半導体発光素子６１（図１０参照）のような電子素子の接続端となり、電子素子が実装されるパッド電極として機能する。

第２の電極部分２２，３２は、金属（例えば、Ａｇ又はＡｕ等）を主成分として含有している。第２の電極部分２２，３２は、導電性金属粉末（例えば、Ａｇ粉末又はＡｕ粉末等）を含有する導電性ペーストを焼付けることによって形成されている。第２の電極部分２２，３２は、スパッタ法等のめっき法にて形成してもよい。

放熱部４０は、バリスタ素体１０と同様に略直方体形状をなし、第１及び第２の主面４１，４２と、第１及び第２の端面４３，４４と、第１及び第２の側面４５，４６とを含んでいる。第１及び第２の主面４１，４２は、長方形状を呈しており、互いに対向している。第１及び第２の端面４３，４４は、第１及び第２の主面４１，４２間を連結するように第１及び第２の主面４１，４２の短辺方向に伸び且つ互いに対向している。第１及び第２の側面４５，４６は、第１及び第２の主面４１，４２間を連結するように第１及び第２の主面４１，４２の長辺方向に伸び且つ互いに対向している。

放熱部４０は、金属と金属酸化物の複合材料からなる焼結体であり、複数の層が積層された積層体として構成されている。実際のバリスタＶ１では、放熱部４０を構成する複数の層は、互いの間の境界が視認できない程度に一体化されている。

放熱部４０は、金属を含んでおり、バリスタ素体１０の熱伝導率（本実施形態では、バリスタ素体１０の主成分であるＺｎＯの熱伝導率）よりも熱伝導率が高い。本実施形態では、例えば、金属としてＡｇを用い、金属酸化物としてＺｎＯを用いている。Ａｇの代わりに、Ａｇ−Ｐｄ合金又はＰｄ等を含んでいてもよく、また、これらの金属を複数種含んでいてもよい。ただし、熱伝導率の面からＡｇを用いることが好ましい。ＺｎＯの代わりに、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２又はＺｒＯ_２を含んでいてもよく、また、これらの金属酸化物を複数種含んでいてもよい。

放熱部４０は、放熱部４０の第１の主面４１がバリスタ素体１０の第２の主面１２に接触した状態でバリスタ素体１０に接合されている。これにより、放熱部４０は、バリスタ素体１０の第２の主面１２と熱的に接続されることとなる。また、本実施形態では、放熱部４０は、バリスタ素体１０の第２の主面１２と電気的にも接続されることとなる。放熱部４０は、バリスタ素体１０と同時に焼成することによって形成されている。

放熱部４０の内部は、金属であるＡｇによって、バリスタ素体１０の第２の主面１２に接触し向き合っている第１の主面４１からバリスタ素体１０の第２の主面１２に接触していない面４２〜４６に亘って導通している。

放熱部４０の第２の主面４２には、ガラスを主成分とする絶縁層５５が配置されている。放熱部４０の第２の主面４２は絶縁層５５によって覆われており、放熱部４０の絶縁性が確保されている。放熱部４０の第１及び第２の端面４３，４４、並びに、第１及び第２の側面４５，４６は露出している。

放熱部４０におけるＡｇの含有量は、特に限定されないが、放熱部４０を構成する全体の材料を１００質量％とした場合に、５〜９５質量％であることが好ましい。Ａｇの含有量が５％以上である場合、上述した導通経路を形成することができる。Ａｇの含有量が９５％よりも多い場合は、放熱部４０とバリスタ素体１０との間の接合強度が弱くなり、放熱部４０とバリスタ素体１０とが剥離してしまう懼れがある。

続いて、上述したバリスタＶ１の製造過程について説明する。

まず、バリスタ素体１０の各バリスタ層を構成する主成分であるＺｎＯと、Ｐｒ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｋ及びＡｌの金属又は酸化物等の微量添加物とを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合してバリスタ材料を調整する。その後、このバリスタ材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて２０時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。

このスラリーを、ドクターブレード法等の公知の方法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるフィルム上に塗布した後、乾燥して厚さ３０μｍ程度の膜を形成する。こうして得られた膜をフィルムから剥離してバリスタ素体用のグリーンシートを得る。

また、放熱部４０の各層を構成する主成分であるＡｇ及びＺｎＯを所定の割合となるように各々秤量した後、各成分を混合して材料を調整する。このとき、調整された材料に、上述した微量添加物が含まれていてもよい。その後、この材料に有機バインダ、有機溶剤、有機可塑剤等を加えて、ボールミル等を用いて２０時間程度混合・粉砕を行ってスラリーを得る。このスラリーから、バリスタ素体用のグリーンシートを得るときと同じ方法にて、放熱部用のグリーンシートを得る。

次に、バリスタ素体用のグリーンシートに、第１及び第２の電極２０，３０の第１の電極部分２１，３１に対応する電極パターンを形成する。これらの電極パターンは、Ａｇ粒子を主成分とする金属粉末に有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをバリスタ素体上に印刷し、乾燥させることにより形成する。

次に、放熱部用のグリーンシートと、電極パターンが形成されたバリスタ素体用のグリーンシートと、電極部分が形成されていないバリスタ素体用のグリーンシートとを所定の順序で重ねてシート積層体を形成する。そして、得られたシート積層体をチップ単位に切断し、分割された複数のグリーン体を得る。

次に、グリーン体に、１８０〜４００℃、０．５〜２４時間程度の加熱処理を実施して脱バインダを行った後、さらに、８５０〜１４００℃、０．５〜８時間程度の焼成を行う。これにより、バリスタ素体１０、第１の電極部分２１，３１、及び放熱部４０からなる焼結積層体が得られることとなる。

次に、ガラス粉末、有機バインダ、及び有機溶剤を混合したガラスペーストを用意し、当該ガラスペーストを第１の電極部分２１，３１を覆うようにバリスタ素体１０に印刷し乾燥させる。これにより、バリスタ素体１０にガラスペースト層が形成されることとなる。このとき、印刷により形成されたガラスペースト層には、絶縁層５０の開口部５１，５２となる位置に開口部を形成しておく。また、上記ガラスペーストを放熱部４０の第２の主面４２を覆うように放熱部４０に印刷し、乾燥させる。これにより、放熱部４０にガラスペースト層が形成されることとなる。

そして、バリスタ素体１０に形成されたガラスペースト層上に、開口部を塞ぐように、第２の電極部分２２，３２に対応する電極パターンを形成する。この電極パターンは、Ａｕ粒子又はＡｇ粒子を主成分とする金属粉末に有機バインダ及び有機溶剤を混合した導電性ペーストをガラスペースト層上に印刷し、乾燥させることにより形成する。そして、これらのガラスペースト層及び電極パターンをＯ_２雰囲気下で８００℃以上の温度にて焼付けることにより、絶縁層５０，５５及び第２の電極部分２２，３２が形成されることとなる。以上の過程により、図１及び図２に示したバリスタＶ１が完成する。

上述した製造過程では、第１の電極部分２１，３１をバリスタ素体１０及び放熱部４０を焼成して形成する際に同時に形成するようにしているが、これに限られない。例えば、バリスタ素体１０及び放熱部４０を焼成して形成した後に、導電性ペーストを付着させて、焼付けることにより形成してもよい。

以上のように、本実施形態においては、バリスタ素体１０における、第１の電極部分２１と第１の電極部分３１との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と第１の電極部分２１，３１とでバリスタ成分が構成される。

本実施形態においては、放熱部４０が、金属（本実施形態では、Ａｇ）及び金属酸化物（本実施形態では、ＺｎＯ）の複合材料からなり、バリスタ素体１０より熱伝導率が高く且つバリスタ素体１０の第２の主面１２と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタＶ１に伝えられた熱を放熱部４０から効率よく放散することができる。

本実施形態においては、放熱部４０が、バリスタ素体１０の第２の主面１２に接触するように配置されている。これにより、バリスタＶ１に伝えられた熱を効率よく放熱部４０に伝えることができる。

本実施形態においては、放熱部４０は、バリスタ素体１０と電気的に接続されている。これにより、バリスタ素体１０における、第１の電極部分２１，３１と放熱部４０との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現し、当該部分と第１の電極部分２１，３１と放熱部４０とでバリスタ成分を更に構成することが可能となる。

第１の電極部分２１と第１の電極部分３１との間隔に比して第１の電極部分２１，３１と放熱部４０との間隔が大きい場合には、バリスタＶ１の特性として、第１の電極部分２１，３１の間に構成されるバリスタ成分の特性が支配的になる。一方、第１の電極部分２１と第１の電極部分３１との間隔に比して第１の電極部分２１，３１と放熱部４０との間隔が小さい場合には、バリスタＶ１の特性として、第１の電極部分２１，３１と放熱部４０との間に構成されるバリスタ成分の特性が支配的になる。このように、第１の電極部分２１と第１の電極部分３１との間隔と第１の電極部分２１，３１と放熱部４０との間隔との関係を変更することにより、バリスタＶ１の特性を容易に変更することができる。

本実施形態においては、放熱部４０は、バリスタ素体１０の第２の主面１２に向い合う第１の主面４１と、バリスタ素体１０の第２の主面１２に向い合わない複数の面４２〜４６を含んでおり、放熱部の第１及び第２の端面４３，４４並びに第１及び第２の側面４５，４６は、露出している。これにより、バリスタＶ１に伝えられた熱を放熱部４０からより一層効率よく放散することができる。

本実施形態においては、放熱部４０において、金属（Ａｇ）は、放熱部４０の第１の主面４１から複数の面４２〜４６に渡って導通している。これにより、放熱部４０において、金属による放熱経路が容易に形成され、放熱部４０内での伝熱及び放熱部４０からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。

本実施形態においては、放熱部４０は、金属の主成分として、Ａｇを含んでいる。Ａｇは、熱伝導率が比較的高く、放熱部４０内での伝熱及び放熱部からの熱の放散の効率を高めることが可能となる。

本実施形態においては、バリスタ素体１０と放熱部４０とは、同時焼成によって形成されている。これにより、バリスタＶ１の製造工程の簡略化を実現し、バリスタＶ１の製造効率の向上及び低コスト化に寄与する。

ところで、バリスタ素体１０と放熱部４０とは同じＺｎＯを含んでいる。バリスタ素体１０と放熱部４０とを同時焼成によって形成する際に、バリスタ素体１０の第２の主面１２と放熱部４０の第１の主面４１との界面において、バリスタ素体１０に含まれるＺｎＯと放熱部４０に含まれるＺｎＯとが結びついて粒成長する。これにより、これにより、バリスタ素体１０と放熱部４０とが強固に接合される。

また、放熱部４０がＡｇを含んでいることから、バリスタ素体１０と放熱部４０とを同時焼成によって形成する際に、放熱部４０に含まれるＡｇは、バリスタ素体１０の第２の主面１２と放熱部４０の第１の主面４１との界面付近において、バリスタ素体１０の主成分であるＺｎＯの粒界に拡散する。これにより、バリスタ素体１０と放熱部４０との接合が更に強固なものとなる。これらの結果、バリスタＶ１では、焼成時にバリスタ素体１０と放熱部４０との間にクラックが発生することは殆どなく、バリスタ素体１０と放熱部４０との接合強度を十分に確保することができる。

放熱部４０を形成する際に、金属コーティングが施された金属酸化物の粒子を用いてもよい。この粒子としては、例えば、無電解めっきによりＡｇコーティングを施したＡｌ_２Ｏ_３粒子が挙げられる。このように、予め金属コーティングが施された金属酸化物の粒子を用いることにより、金属による放熱経路を確実に形成することができる。

次に、図３〜図９を参照して、本実施形態に係るバリスタＶ１の第１〜第４変形例について説明する。図３〜図９は、本実施形態に係るバリスタの変形例を示す図である。

図３に示された第１変形例に係るバリスタＶ２では、放熱部４０がバリスタ素体１０の第２の主面１２に接着層５７を介して熱的に接続されている。バリスタＶ２は、それぞれ焼成されて形成されたバリスタ素体１０と放熱部４０を接着層５７で接合することにより得ることができる。バリスタＶ２においても、バリスタ素体１０の第２の主面１２と放熱部４０の第１の主面４１とが接着層５７を介して向かい合っている。

接着層５７は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の樹脂材料、導電性接着剤、又はガラス材料等からなる。接着層５７が導電性を有する場合には、放熱部４０がバリスタ素体１０の第２の主面１２に電気的に接続されることとなる。接着層５７が導電性を有さない場合は、絶縁層５５を省略してもよい。接着層５７の厚みは、バリスタ素体１０と放熱部４０との熱的な接続を阻害しないと共に、バリスタ素体１０と放熱部４０との接合強度を確保し得る範囲に設定される。

以上のように、第１変形例においても、放熱部４０がバリスタ素体１０と熱的に接続されているので、バリスタＶ２に伝えられた熱を放熱部４０から効率よく放散することができる。

図４〜図７に示された第２変形例に係るバリスタＶ３では、放熱部４０がバリスタ素体１０内に位置しており、放熱部４０の全ての面４１〜４６がバリスタ素体１０と接している。したがって、放熱部４０の全ての面４１〜４６は、露出していない。

バリスタ素体１０は、第１の素体領域１０ａ、第２の素体領域１０ｂ、及び第３の素体領域１０ｃを有している。第１の素体領域１０ａは、放熱部４０の第１の主面４１に接するように配置された領域である。第３の素体領域１０ｃは、放熱部４０の第２の主面４２に接するように配置された領域である。第２の素体領域１０ｂは、第１の素体領域１０ａと第３の素体領域１０ｃとを連結し且つ放熱部４０の第１及び第２の端面４３，４４並びに第１及び第２の側面４５，４６に接するように配置された領域である。第１の素体領域１０ａは、第１の主面１１と、当該第１の主面１１に対向し且つ放熱部４０に接続される面１７を含んでいる。

バリスタＶ３のバリスタ素体１０及び放熱部４０は、バリスタ素体１０となる部分と放熱部４０となる部分とを有する複数のグリーンシート、及び、バリスタ素体１０となる部分のみを有する複数のグリーンシートを作製して、これらのグリーンシートを所望の順序にて積層し、焼成することにより形成することができる。

以上のように、第２変形例では、バリスタ素体１０の第１の素体領域１０ａにおける、第１の電極部分２１と第１の電極部分３１との間に位置する部分が電圧非直線特性を発現するので、当該部分と第１の電極部分２１，３１とでバリスタ成分が構成される。

本実施形態においては、放熱部４０が、金属及び金属酸化物の複合材料からなり、バリスタ素体１０より熱伝導率が高く且つバリスタ素体１０の第１の素体領域１０ａの面１７と熱的に接続されるように配置されているので、バリスタＶ３に伝えられた熱を放熱部４０から効率よく放散することができる。

図８に示された第３変形例に係るバリスタＶ４では、バリスタ素体１０は、第１の素体領域１０ａ及び第２の素体領域１０ｂを有している。この場合、放熱部４０の絶縁性を確保するために絶縁層５５を配置することが好ましい。

図９に示された第４変形例に係るバリスタＶ５では、バリスタ素体１０は、第１の素体領域１０ａ、第２の素体領域１０ｂ、及び第３の素体領域１０ｃを有している。ここで、第２の素体領域１０ｂは、第１の素体領域１０ａと第３の素体領域１０ｃとを連結し且つ放熱部４０の第１及び第２の側面４５，４６に接するように配置された領域である。したがって、放熱部４０の第１及び第２の端面４３，４４は、露出している。

続いて、図１０を参照して、本実施形態に係る発光装置ＬＥについて説明する。図１０は、本実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。発光装置ＬＥは、例えば上述したバリスタＶ１と、当該バリスタＶ１と電気的に接続された半導体発光素子６１とを備えている。発光装置ＬＥは、バリスタＶ１の代わりに、バリスタＶ２〜Ｖ５を備えていてもよい。

半導体発光素子６１は、ＧａＮ（窒化ガリウム）系半導体の発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）であり、基板６２と、当該基板６２上に形成された層構造体ＬＳとを備えている。ＧａＮ系の半導体ＬＥＤは、周知であり、その説明を簡略化する。基板６２は、サファイアからなる光学的に透明且つ電気絶縁性を有する基板である。層構造体ＬＳは、積層された、ｎ型（第１導電型）の半導体領域６３と、発光層６４と、ｐ型（第２導電型）の半導体領域６５とを含んでいる。半導体発光素子６１は、ｎ型の半導体領域６３とｐ型の半導体領域６５との間に印加される電圧に応じて発光する。

ｎ型の半導体領域６３は、ｎ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｎ型の半導体領域６３は、基板６２上にＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＳｉといったｎ型ドーパントが添加されてｎ型の導電性を有している。また、ｎ型の半導体領域６３は、発光層６４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｎ型の半導体領域６３は、発光層６４に対して下部クラッドとしての役割を果たす。

発光層６４は、ｎ型の半導体領域６３上に形成され、ｎ型の半導体領域６３及びｐ型の半導体領域６５から供給されたキャリア（電子及び正孔）が再結合することにより発光領域において光を発生する。発光層６４は、例えば、障壁層と井戸層とが複数周期にわたって交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ：Multiple Quantum Well）構造とすることができる。この場合、障壁層及び井戸層がＩｎＧａＮからなり、Ｉｎ（インジウム）の組成を適宜選択することによって障壁層のバンドギャップが井戸層のバンドギャップより大きくなるように構成される。発光領域は、発光層６４において、キャリアが注入される領域に生じる。

ｐ型の半導体領域６５は、ｐ型の窒化物半導体を含んで構成されている。本実施形態では、ｐ型の半導体領域６５は、発光層６４上にＡｌＧａＮがエピタキシャル成長されて成り、例えばＭｇといったｐ型ドーパントが添加されてｐ型の導電性を有している。また、ｐ型の半導体領域６５は、発光層６４よりも屈折率が小さく且つバンドギャップが大きくなるような組成を有していてもよい。この場合、ｐ型の半導体領域６５は、発光層６４に対して上部クラッドとしての役割を果たす。

ｎ型の半導体領域６３上には、カソード電極６６が形成されている。カソード電極６６は、導電性材料からなり、ｎ型の半導体領域６３との間にオーミック接触が実現されている。ｐ型の半導体領域６５上には、アノード電極６７が形成されている。アノード電極６７は、導電性材料からなり、ｐ型の半導体領域６５との間にオーミック接触が実現されている。カソード電極６６及びアノード電極６７には、バンプ電極６８が形成されている。 上述した構成の半導体発光素子６１では、アノード電極６７（バンプ電極６８）とカソード電極６６（バンプ電極６８）との間に所定の電圧が印加されて電流が流れると、発光層６４の発光領域において発光が生じることとなる。

半導体発光素子６１は、第２の電極部分２２，３２にバンプ接続されている。すなわち、カソード電極６６は、バンプ電極６８を介して第２の電極部分２２に電気的且つ物理的に接続されている。アノード電極６７は、バンプ電極６８を介して第２の電極部分３２に電気的且つ物理的に接続されている。これにより、バリスタＶ１が半導体発光素子６１に並列接続されることとなる。よって、バリスタＶ１により、半導体発光素子６１は、ＥＳＤサージから保護される。

発光装置ＬＥでは、半導体発光素子６１とバリスタＶ１の第２の電極部分２２，３２とが物理的に接続されているので、半導体発光素子６１において発生した熱が第２の電極部分２２，３２を介してバリスタＶ１に伝わる。バリスタ素体１０と放熱部４０とが熱的に接続されているので、上述したように、バリスタＶ１に伝えられた熱を放熱部４０から効率よく放散することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

本実施形態に係るバリスタＶ１において、第１及び第２の電極２０，３０は、第２の電極部分２２，３２を有しているが、第２〜第４変形例に係るバリスタＶ３〜Ｖ５のように、これら第２の電極部分２２，３２は必ずしも必要ではない。

本実施形態に係るバリスタＶ１において、バリスタ素体１０に絶縁層５０が配置されているが、絶縁層５０は必ずしも必要ではない。バリスタＶ１が絶縁層５０を有さない場合には、第２の電極部分２２，３２は不要である。

本実施形態に係るバリスタＶ１において、放熱部４０がバリスタ素体１０の第２の主面１２と熱的に接続されるように配置されているが、これに限られない。例えば、放熱部４０が、バリスタ素体１０の第２の主面１２以外の面１３〜１６のいずれかの面と熱的に接続されていてもよい。

本実施形態に係るバリスタＶ１において、バリスタ素体１０は、ＺｎＯを主成分として含む半導体セラミックからなるが、これ以外の半導体セラミックからなってもよい。例えば、バリスタ素体１０は、ＳｒＴｉＯ_３を主成分とし、Ｓｒの一部をＣａ、Ｂａ等と置換してなる複合ペロブスカイト系バリスタ材料、ＳｉＣバリスタ材料等の半導体セラミックにて構成してもよい。

本実施形態においては、電子素子として半導体発光素子を用いた例を示しているが、これに限られない。本発明は、半導体発光素子以外にも、動作中に発熱する電子素子（例えば、ＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等）に適用することができる。

本実施形態では、半導体発光素子６１としてＧａＮ系の半導体ＬＥＤの発光ダイオードを用いているが、これに限られない。半導体発光素子６１として、例えば、ＧａＮ系以外の窒化物系半導体ＬＥＤ（例えば、ＩｎＧａＮＡｓ系の半導体ＬＥＤ等）や窒化物系以外の化合物半導体ＬＥＤやレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）を用いてもよい。

本実施形態に係るバリスタを示す概略斜視図である。 本実施形態に係るバリスタを示す概略断面図である。 本実施形態に係るバリスタの第１変形例を示す概略断面図である。 本実施形態に係るバリスタの第２変形例を示す概略断面図である。 本実施形態に係るバリスタの第２変形例を示す概略平面図である。 図５におけるVI−VI線に沿った断面構成を示す図である。 図４におけるVII−VII線に沿った断面構成を示す図である。 本実施形態に係るバリスタの第３変形例を示す概略断面図である。 本実施形態に係るバリスタの第４変形例を示す概略斜視図である。 本実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。

符号の説明

Ｖ１〜Ｖ５…バリスタ、１０…バリスタ素体、１１，１２…第１及び第２の主面、２０…第１の電極、２１…第１の電極部分、３０…第２の電極、３１…第１の電極部分、４０…放熱部、４１，４２…第１及び第２の主面、４３，４４…第１及び第２の端面、４５，４６…第１及び第２の側面、６１…半導体発光素子、ＬＥ…発光装置。

Claims (16)

1. 電圧非直線特性を発現すると共に第１及び第２の面を含む領域を有している素体と、
   前記素体が有する前記領域の前記第１の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、
   前記素体が有する前記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の前記第２の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、
   前記放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなると共に、前記素体が有する前記領域の前記第２の面と電気的に接続されていることを特徴とするバリスタ。
2. 前記放熱部が、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に接触するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバリスタ。
3. 前記放熱部は、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合う第１の面と、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合わない複数の第２の面を含んでおり、
   前記放熱部に含まれる前記複数の第２の面のうち少なくとも一つの面は、露出していることを特徴とする請求項１又は２に記載のバリスタ。
4. 前記放熱部は、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合う第１の面と、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合わない複数の第２の面を含んでおり、
   前記金属は、前記放熱部の前記第１の面から前記複数の第２の面のうち少なくとも一つの面に渡って導通していることを特徴とする請求項１又は２に記載のバリスタ。
5. 前記放熱部は、前記金属の主成分として、Ａｇを含んでいることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のバリスタ。
6. 前記素体は、前記半導体セラミックからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバリスタ。
7. 前記素体は、ＺｎＯを主成分として含み、
   前記放熱部は、前記金属酸化物として、ＺｎＯを含んでいることを特徴とする請求項６に記載のバリスタ。
8. 前記素体と前記放熱部とは、同時焼成によって形成されていることを特徴とする請求項６又は７に記載のバリスタ。
9. バリスタと発光素子とを備えた発光装置であって、
   前記バリスタは、
   電圧非直線特性を発現すると共に第１及び第２の面を含む領域を有している素体と、
   前記素体が有する前記領域の前記第１の面に配置された電極部分をそれぞれ有する少なくとも二つの電極と、
   前記素体が有する前記領域より熱伝導率が高く且つ該領域の前記第２の面と熱的に接続されるように配置された放熱部と、を備え、
   前記素体が有する前記領域は、半導体セラミックからなり、
   前記放熱部は、金属及び金属酸化物の複合材料からなると共に、前記素体が有する前記領域の前記第２の面と電気的に接続されており、
   前記発光素子は、前記バリスタに並列接続されるように少なくとも二つの前記電極に電気的且つ物理的に接続されていることを特徴とする発光装置。
10. 前記放熱部が、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に接触するように配置されていることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
11. 前記放熱部は、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合う第１の面と、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合わない複数の第２の面を含んでおり、
    前記放熱部に含まれる前記複数の第２の面のうち少なくとも一つの面は、露出していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の発光装置。
12. 前記放熱部は、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合う第１の面と、前記素体が有する前記領域の前記第２の面に向い合わない複数の第２の面を含んでおり、
    前記金属は、前記放熱部の前記第１の面から前記複数の第２の面のうち少なくとも一つの面に渡って導通していることを特徴とする請求項９又は１０に記載の発光装置。
13. 前記放熱部は、前記金属の主成分として、Ａｇを含んでいることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項記載の発光装置。
14. 前記素体は、前記半導体セラミックからなることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の発光装置。
15. 前記素体は、ＺｎＯを主成分として含み、
    前記放熱部は、前記金属酸化物として、ＺｎＯを含んでいることを特徴とする請求項１４に記載の発光装置。
16. 前記素体と前記放熱部とは、同時焼成によって形成されていることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の発光装置。
    

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